DE10000711A1 - Steuerungssystem für Schaltschränke - Google Patents

Abstract

Schaltschränke für die Gebäudetechnik werden nahezu unverändert seit langer Zeit individuell projektiert und gebaut. Eingebaut werden Leistungsschütze, eine Vielzahl von Hilfsschützen und Klemmen, Bi- und Zeitralais. Jede Anlage ist ein Einzelstück mit individueller Dokumentation. DOLLAR A Da auch in Zukunft Motore leistungsseitig zu schalten sind, die Nachteile des konventionellen Schaltschrankbaus aber abgestellt werden müssen, wurde ein Steuerungssystem für Schaltschränke entwickelt. DOLLAR A Zielsetzung dieses Systems war eine einfachste Bedienung der Anlage, die Realisierung aller Verriegelungen und Zeitfunktionen mittels Hardware und eine eindeutige, leicht zu pflegende Dokumentation. DOLLAR A Weiterhin ist das System so aufgebaut, dass der dezentrale Einsatz dieser Schaltschränke vorrangig möglich ist. DOLLAR A Dazu wurden Steckmodule entwickelt, die alle Funktionen der Haustechnik (Verriegelungen, Zeitfunktionen, Handbedienungen, Ansteuerung von Motoren/Ventile) beinhalten und leicht austauschbar sind. DOLLAR A Die Module werden auf Grundplatten als Matrix in Abhängigkeit der Funktionen aufgesteckt. Innerhalb einer Zeile können die angeschlossenen Störungen auf alle Motoren/Ventile einstellbar wirken. Innerhalb einer Spalte können verschiedene Prioritäten nach Wunsch realisiert werden. DOLLAR A Hand-Bedienungen werden unmittelbar mittels Schaltern und Potis vorgenommen und angezeigt. Störungen werden direkt auf den Modulen angezeigt. DOLLAR A Um auch den Leistungsteil in seiner Funktion sicherer zu gestalten, ...

Description

Die vorliegende Erfindung ist eine techn. Änderung der Automatisierungstechnik für den Schaltschrank oder die Schaltschränke der haustechnischen Gewerke in der Gebäudetechnik bzw. in der Versorgungstechnik.

Da fast jede versorgungtechnische Anlage anders aufgebaut ist und kaum eine der anderen gleicht, ist eine kostensparende Standardisierung des Schaltschrankes kaum möglich. Jeder Schaltschrank wird heute individuell geplant und aufgebaut, was zu hohen Kosten und oftmals zu Fertigstellungtermin Überschreitungen führt.

Mit dieser hier vorliegenden Erfindung werden die Steuerungsfunktionen innerhalb der Schaltschränke vom logischen Aufbau her in einzelne, in sich sichere und geprüfte und miteinander zusammenspielende Teilfunktionen bzw. Steuermodule aufgegliedert.

Die nunmehr gewonnenen, einzelnen logischen Teilfunktionen dieser Steuermodule werden Anlagen- und damit Funktionabhängig in einer Steuerungsmatrix zusammengeführt, die wiederum die leistungsseitigen Komponenten des Schaltschrankes ansteuert.

Alle Steuermodule sind in einem speziellen Steckgehäuse, dass eine Falschkontaktierung verhindert, elektronisch und/oder konventionell mit Relais realisiert. Durch entsprechendes Einstecken der Steuermodule nach dem Baukastenprinzip und den notwendigen Erfordernissen sind somit alle zuvor individuell im Schaltschrank verdrahteten Funktionen nachgebildet.

Beschreibung

Die Automation aller haustechnischen Gewerke wird in der Regel mittels spez. für diese Gewerke angefertiger Schaltschränke durchgeführt. In diesen Schaltschränken sind in der Regel zu Leistungsversorgung der Maschinen elektrotechnische Komponenten (Schütze, Sicherungen, Klemmen, etc.), regeltechnische Komponenten und Handbediengeräte installiert.

Die erforderlichen und zum Teil vorgeschriebenen Sicherheitsfunktionen und Verriegelungen werden für diese Schaltschränke individuell projektiert und verdrahtet. Änderungen dieser Sicherheitsfunktionen und Verriegelungen bedeuten im allgemeinen eine umfangreiche Änderung der Verdrahtung und Dokumentation. Diese Änderungen erfolgen häufig auf der Baustelle, bzw. am Aufstellort des Schaltschrankes.

Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, mehrere Steuerungsmodule für alle möglichen Arten von Verriegelungen und Sicherheitsfunktionen in einer Art Baukastenprinzip zusammenzustecken. Mit den standardisierten Steuerungsmodulen lassen sich dann durch einfaches umstecken jederzeit neue Verriegelungen und Sicherheitsfunktionen realisieren. Der Änderungsaufwand und die Dokumentation der Änderungen werden bedeutend einfacher.

Die Bedienung heutiger Schaltschränke setzt aufgrund der komplexen Technik umfangreiches Wissen der Bediener voraus.

Mit dieser Erfindung wird die Bedienung übersichtlich und einfach realisiert.

Alle externen oder internen Sensoren oder Wächter, die für die notwendigen Verriegelungen und Sicherheitsfunktionen erforderlich sind, werden einem Stecksystem für Steuermodule zugeführt und mittels. Klemmen bzw. spezieller Anschaltungen angeschlossen.

Die von diesem Steuerungssystem zu betreibenden Maschine/Antriebe oder Aktuatoren werden ebenfalls unmittelbar oder über Schütze an das Stecksystem angeschlossen. Klassisch übliche Hardware Verriegelungen der Leistungsschütze sind nicht erforderlich da sie in den Steuerungsmodulen enthalten sind.

Handbediengeräte in Form von Schaltern, Steckbrücken, Bediendisplay etc. sind nicht erforderlich, da sie ebenfalls in den Steuerungsmodule enthalten sind.

Die erfindungsgemäßen Steuerungsmodule und das Stecksystem sind dadurch gekennzeichnet dass sie alle sonst individuell notwendigen Verdrahtungen beinhalten. Spez. entfällt zusätzlich die oftmals aufwendige, auf jeden Fall individuelle Dokumentation in Form von Stromlaufplänen für die Steuerung. Diese wird durch eine Systemmatrix entsprechend Fig. 1 ersetzt.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine als Beispiel dienende und auf den beigefügten Darstellungen ersichtliche Anlage näher beschrieben.

Fig. 1: Übersicht Steuermodul-Technik

Fig. 2: Prinzip Steuermodul-Technik

Fig. 3: Typische Belegung einer Klimaanlage mit Steuermodulen

Fig. 4: Grundplatte der Steuermodule

Fig. 5: Verbindung wir Grundplatte

Fig. 6: Schaltschrankansicht mit Steuermodule

Fig. 7: Eingangmodul

Fig. 8, 9, 10: Hand/Automatik Module

Fig. 11, 12: Störungsmodule

Fig. 13, 14: Verriegelungsmodul

Fig. 15, 16, 17: Leistungsmodul

Die Grundplatte (Fig. 4) wird entsprechend Fig. 6 in einem Schaltschrank eingebaut. Die Versorgung der Grundplatte erfolgt aus dem Schaltschrank. Die regelungstechnischen Komponenten, zum Beispiel eine DDC(Digital Direct Control)- oder ein konventioneller Regler werden im Schaltschrank montiert. Die Ausgänge dieser Geräte zur Ansteuerung der verfahrenstechnischen Antriebe oder Maschinen werden mittels vorkonvektionierter Verbinder oder einzeln mit den Grundplatten verbunden. Die Sensoren oder Wächter werden direkt mit den entsprechenden Eingängen der Grundplatten verbunden. Die Eingänge der DDC oder Regler zur eventuellen Meldungsweiterleitung an ein übergeordnetes Leitsystem werden direkt mit der Grundplatte verbunden. Die Ausgänge der Grundplatte zur Ansteuerung von Aktuatoren oder Maschinen/Antrieben werden mit den entsprechenden Geräten oder Leistungsschützen verbunden.

Hiermit wurde das System gemäß Fig. 1 aufgebaut. In allen Schnittpunkten dieser entstandenen Matrix werden nun Steuermodule entsprechend der geforderten Funktionen eingesteckt.

Dies wird anhand Fig. 3 deutlich: in der obersten Zeile werden beispielsweise die Hand/Automatikmodule gesteckt. In der ersten Spalte (ganz links) werden die Störungsmodule bzw. das Eingangsmodul für die externen oder internen Sensoren oder Wächter gesteckt. In die unterste Zeile werden die Leistungsmodule gesteckt. Die Verriegelungsmodule werden entsprechend der Funktionen auf die freien Steckplätze gesteckt.

Im Automatikbetrieb ohne anliegende Störung werden die Steuersignale der DDC oder Regler Einheit ohne Veränderung durch die Matrix an die entsprechenden Maschinen, Antriebe oder Aktuatoren weitergeleitet.

Bei Auftreten einer Störung, z. B. Verriegelung (Frost + Rauch) schalten alle Steuermodule dieser Zeile das Automatiksignal der DDC oder Regler Einheit weg und aktivieren statt dessen voreingestellte Funktionen.

Diese voreinstellbaren Funktionen befinden sich innerhalb jedes Steuermoduls. Der Errichter der Anlage stellt diese individuell nach seinen Wünschen bzw. nach den Erfordernissen ein. Je nach Steuermodulen lassen sich verschiedenste Funktionen realisieren oder auch der Automatikzustand beibehalten.

Mit Eintreffen dieser ersten Störung wird bei allen anderen Steuerungsmodulen die Auslösung sekundärer, das heißt späterer, Störungen verhindert.

Nach Beseitigung der Ursache der ersten Störung wird das gesamte Steuerungssystem mittels eines Quittiermoduls von Hand zurückgesetzt, das heißt in den Automatikzustand.

Die Steuermodule arbeiten gleichermaßen im Handbetrieb. Während heute üblicherweise bei Handbetrieb anlagentypische Verriegelungen zum Teil nicht in Betrieb sind, kann bei dieser Erfindung durch entsprechende Anordnung der Handmodule jede gewünschte oder geforderte Betriebsart ohne Mehraufwand realisiert werden.

Durch den modularen Aufbau der Grundplatte kann jede Anlagegröße realisiert werden. Eine Begrenzung der Zeilen und Spalten dar Funktionsmatrix ist nicht gegeben. Jederzeit kann die Steuerungsmatrix einfach erweitert werden. Hierzu sind entsprechend der Anlage Grundplatten nachzurüsten und mit Steuermodulen zu bestücken. Anlagenänderungen durch Nutzungsänderungen können auch lange nach der Inbetriebnahme in jeder Form realisiert werden.

Auf das Eingangsmodul (Fig. 7) werden die innerhalb der Steuerungsmatrix gebildeten Meldungen (s. u.) aufgeschaltet. Dies bewirkt, daß diese gebildeten Meldungen nicht zu weiteren Störungen führen, bzw. das nachfolgende, zeitlich späterer externe Störungen keine Auswirkung haben. Diese Unterdrückung der Auswirkung nachfolgender Störungen kann zusätzlich an jedem Störungsmodul aktiviert oder deaktiviert werden. Das Eingangsmodul prüft weiterhin, ob die Gesamtanlage den Zustand Soll-EIN oder Soll-AUS hat. Diese Überwachung der Soll-Zustände ist ebenfalls zur möglicherweise gewünschten Unterdrückung von Störungen notwendig (wenn die Anlage ausgeschaltet ist, sollen Störungen nicht gemeldet werden). Die Eingänge des Eingangsmoduls erfolgen über Optokoppler.

Mit den Hand/Automatikmodulen (Fig. 8, 9, 10) kann der Bediener die Anlage aus dem Automatikbetrieb nehmen und individuell Maschinen, Antriebe oder Aktuatoren von Hand ein- oder ausschalten. Hierzu wird zuerst ein Hand/Automatik-Schalter betätigt. Dieses Betätigen wird an alle Hand/Automatik Schalter der Anlage und zu einer eventuell vorhandenen Leitzentrale weitergeleitet. Der Bediener kann nun mittels eines oder mehrerer Schalter oder Potentiometer die gewünschten Zustände von Hand einstellen. Alle freigegebenen, weiteren Hand/Automatikmodule geben ebenfalls ihr voreingestelltes Signal aus, sofern dies intern aktiviert wurde. Jedes Hand/Automatikmodul kann wahlweise auf externe Handmeldungen reagieren oder nicht reagieren.

Auf das Störungsmodul (Fig. 11, 12) werden alle externen oder internen digitalen Meldungen aufgeschaltet.

Diese Erfindung unterscheidet zwischen einem Störungsmodul mit Zeitverzögerung und Störungsspeicherung und einem Störungsmodul ohne Zeitverzögerung und ohne Störungsspeicherung.

Innerhalb beider Module sind folgende Einstellungen möglich: Invertierung des Meldesignal, Aktivierung oder Deaktivierung dar Störungsunterdrückung vom Eingangmodul (Fig. 7). Zusätzlich ist im Störungsmodul VSTOERUNG (Fig. 12) die Einstellung einer Unterdrückungszeit möglich. Dies bedeutet, daß die Störung mindestens für die eingestellte Unterdrückungszeit anstehen muß, bevor eine Reaktion erfolgt. Jedes Störungsmodul besitzt mindestens 2 Meldeeingänge.

Sobald nun von einem Störungsmodul eine Störung festgestellt wird, wird von diesem Störungsmodul ein Störungsausgang gesetzt, der von den nachfolgenden Verriegelungsmodulen und vom Eingangsmodul ausgewertet wird. Die Eingänge der Störungsmodule erfolgen über Optokoppler.

Die Verriegelungsmodule (Fig. 13, 14) verändern bei gesetztem Störausgang des vorgelagerten Störungsmoduls den oder die geforderten Soll Zustände des zugehörigen Antriebes, Maschine oder Aktuator.

Hierzu beinhaltet jedes Verriegelungsmodul einen internen einstellbare Schalter oder Potentiometer. Die Einstellung dieser Schalter und Potentiometer wird durch den Inbetriebnehmer der Anlage oder den späteren Nutzer durchgeführt. So kann z. B. bei kommender Störung ein Antrieb ausgeschaltet und/oder ein Heizventil auf 50% Öffnung gefahren werden.

Die Leistungsmodule (Fig. 15, 16, 17) verstärken das von den vorgelagerten Verriegelungsmodulen kommende Soll-Signal für den Antrieb, Maschine oder Aktuator. Das Leistungsmodul für 2 stufige Antriebe beinhaltet eine Hochschaltzeit zwischen Stufe 1 und Stufe 2, sowie eine "Austrudelzeit" bei Rückschaltung von Stufe 2 in Stufe 1 (Keilriemen- und Motorschutz). Die Ausgänge der digitalen Leistungsmodul erfolgt potentialfrei über Relais. Das Leistungsmodul analog gibt ein strombelastbares Normsignal aus.

Claims (4)

1. Steuermodule für eine frei konfigurierbare Steuerungsmatrix die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie vorkonvektionierte und/oder einstellbare Funktionen und Verriegelungen für die Steuerung und Regelung von Schaltschränken innerhalb der Gebäudetechnik und/oder Versorgungstechnik beinhalten. Diese Steuermodule werden auf einer Grundplatte montiert bzw. gesteckt.

2. Steuermodule für eine frei konfigurierbare Steuerungsmatrix die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Funktionen und/oder Verriegelungen für die Steuerung und Regelung von DDC Anlagen (Digital Direct Control) und SPS Anlagen (Speicher Programmierbare Steuerungen) innerhalb der Gebäudetechnik und/oder Versorgungstechnik beinhalten. Diese Steuermodule werden auf einer Grundplatte montiert bzw. gesteckt.

3. Grundplatte für eine frei konfigurierbare Steuerungsmatrix die dadurch gekennzeichnet ist, dass mit ihr mittels einfacher Verbindungen in der Grösse variable Steuerungsmatrixen, bestehend aus mehreren Grundplatten, für Steuermodule aufgebaut werden können.

4. Steuerungssystem bestehend aus einzelnen Steuerungsmodulen verschiedener Ausprägung und einer oder mehrerer Grundplatten, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gesamtfunktionalität komplexer Steuerungsfunktionen innerhalb dar Gebäudetechnik und/oder Versorgungstechnik durch die einzelnen Steuerungsmodule in Kombination miteinander erreicht wird.